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2006 年度 研究成果報告書概要

大規模分子動力学法で探るバイオナノマシンの作動原理

研究課題

研究課題/領域番号 15300103
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 生体生命情報学
研究機関東京大学

研究代表者

北尾 彰朗  東京大学, 分子細胞生物学研究所, 助教授 (30252422)

研究分担者 城地 安昌  東京大学, 分子細胞生物学研究所, 助手 (30360415)
研究期間 (年度) 2003 – 2006
キーワード大規模分子動力学 / バイオナノマシン / 細菌べん毛 / サルモネラ菌 / べん毛繊維 / 超らせん構造 / 構造遷移 / 回転力
研究概要

本研究では、大規模分子動力学シミュレーションによって様々な実験データを満足する原子レベルの超らせん構造を構築すると共に、構造多型の分子メカニズムを解明することに成功した。超らせん構造構築のメカニズムには以下の3種類の相互作用が鍵となることがわかった。パーマネント相互作用は様々な超らせん構造において常に保たれる。スライディング相互作用は可変な疎水性および親水性アミノ酸残基ペアの間で形成され、大きなエネルギー変化なしに蛋白質サブユニット間のずれを許容する。スイッチ相互作用の形成と解消はサブユニット問相互作用とサブユニット内相互作用をそれぞれ安定化する。我々は構造多型の原因は両者の相互作用のフラストレーションであると結論付けた。超らせん構造間の転移は「変形=>緩和」機構によって起こる。すなわち、繊維構造は幾何学的に急速に変形させられ、その後相互作用を再構成しながら徐々にエネルギー的準安定状態へ緩和することを明らかにし為。また、細菌べん毛繊維の構築メカニズムの探るため、べん毛繊維蛋白質フラジェリンのアンフォールディングメカニズムに注目した研究を行った。フラジェリンは細胞質内で作られたあと、輸送システムによってべん毛繊維内部の空隙を通ってその末端まで輸送され、末端に会合することが知られている。べん毛繊維繊維内の空隙はフォールドしたモノマーより小さいため、フラジェリンは輸送される際に構造を変化させ、部分的あるいは全体がアンフォールドする必要があると考えられる。輸送前の構造解消と輸送後の構造再構成の仕組みを探るため、熱変性によるアンフォールディングシミュレーションをおこない、比較的硬い部位と構造が変化しにくい部位・しやすい部位を明らかにすることができた。具体的には、ドメインD2とD3には「コア」的な部位があることが示された。現在、更に詳細な解析を進めている。

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2007 2006 2005 2004

すべて 雑誌論文 (11件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Gap compression/extension mechanism of bacterial flagellar hook as the molecular universal joint2007

    • 著者名/発表者名
      Tadaomi Furuta, Fadel A.Samatey, Hideyuki Matsunami, Katsumi Imada, Keiichi Namba, Akio Kitao
    • 雑誌名

      Journal of Structural Biology 157

      ページ: 481-490

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [雑誌論文] Gap compression/extension mechanism of bacterial flagellar hook as the molecular universal joint.2007

    • 著者名/発表者名
      Tadaomi Furuta, Fadel A.Samatey, Hideyuki Matsunami, Katsumi Imada, Keiichi Namba, Akio Kitao
    • 雑誌名

      Journal of Structural Biology 157

      ページ: 481-499

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [雑誌論文] Molecular Dynamics Simulations of NAD+-induced Domain Closure in Horse Liver Alcohol Dehydrogenase2006

    • 著者名/発表者名
      Steven Hayward, Akio Kitao
    • 雑誌名

      Biophysical Journal 91

      ページ: 1823-1831

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [雑誌論文] Amplitudes and directions of internal protein motions from a JAM analysis of 15N relaxation data2006

    • 著者名/発表者名
      Akio Kitao, Gerhard Wagner
    • 雑誌名

      Magnetic Resonance in Chemistry 44

      ページ: S130-S142

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [雑誌論文] Switch interactions control energy frustration and multiple flagellar filament structures2006

    • 著者名/発表者名
      Akio Kitao, Koji Yonekura, Saori Maki-Yonekura, Fadel A. Samatey, Katsumi Imada, Keiichi Namba, Nobuhiro Go
    • 雑誌名

      Proc. Natl. Acad. Sci. 103 (13)

      ページ: 4894-4899

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [雑誌論文] Molecular Dynamics Simulations of NAD+-induced Domain Closure in Horse Liver Alcohol Dehydrogenase_2006

    • 著者名/発表者名
      Steven Hayward, Akio Kitao
    • 雑誌名

      Biophysical Journa1 91

      ページ: 1823-1831

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [雑誌論文] Switch interactions control energy frustration and multiple flagellar filament structures2006

    • 著者名/発表者名
      Akio Kitao, Koji Yonekura, Saori Maki-Yonekura, Fadel A.Samatey, Katsumi Imada, Keiichi Namba, Nobuhiro Go
    • 雑誌名

      Proc. Natl. Acad. Sci. 103(13)

      ページ: 4893-4899

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [雑誌論文] 生体超分子のユニバーサルジョイント-in silicoで探る細菌べん毛フックのメカニズム2005

    • 著者名/発表者名
      北尾彰朗, Fadel A.Samatey, 松波秀行, 今田勝巳, 難波啓一
    • 雑誌名

      蛋白質核酸酵素 50(10)

      ページ: 1335-1340

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [雑誌論文] Universal joint mechanism of Biological Supramolecule2005

    • 著者名/発表者名
      Akio Kitao, Fadel A.Samatey, Hideyuki Matsunami, Katsumi Imada, Keiichi Namba
    • 雑誌名

      Protein, Nucreic Acid and Enzyme 50(10)

      ページ: 1335-1340

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [雑誌論文] Structure of the bacterial flagellar hook and implication for the molecular universal joint mechanism2004

    • 著者名/発表者名
      Fadel A.Samatey, Hideyuki Matsunami, Katsumi Imada, Shigehiro Nagashima, Tanvir R.Shaikh, Dennis R.Thomas, James Z.Chen, David J.De Rosier, Akio Kitao, Keiichi Namba
    • 雑誌名

      Nature 431

      ページ: 1062-1068

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [雑誌論文] Structure of the bacterial flagellar hook and implication for the molecular universal joint mechanism2004

    • 著者名/発表者名
      Fadel A.Samatey, Hideyuki Matsunami, Katsumi Imada, Shigehiro Nagashima, Tanvir R.Shaikh, Dennis R.Thomas, James Z.Chen, David J.De Rosier, Akio Kitao, Keiichi Namba
    • 雑誌名

      NATURE 431

      ページ: 1062-1068

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [図書] Normal Mode Analysis : Theory and Applications to Biological and Chemical Systems, Chapter 122006

    • 著者名/発表者名
      Akio Kitao
    • 総ページ数
      406
    • 出版者
      Chapman & Hall/CRC
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より

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公開日: 2008-05-27  

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